Il fiorente campo della spintronica sfrutta gli spin degli elettroni, al contrario della loro carica, per migliorare i dispositivi a stato solido come i dischi rigidi e i componenti dei telefoni cellulari prolungando la durata della batteria. sviluppi spintronici, però, stanno correndo sempre più contro una barriera nota come limite di Slater-Pauling, il massimo per quanto strettamente un materiale può imballare la sua magnetizzazione. Ora, un nuovo film sottile è pronto a sfondare questo punto di riferimento decennale.
Un team di ricercatori della Montana State University e del Lawrence Berkeley National Laboratory annuncia questa settimana in Lettere di fisica applicata , che hanno costruito un film sottile e stabile fatto di ferro, cobalto e manganese che vanta un momento atomico medio potenzialmente maggiore del 50% rispetto al limite di Slater-Pauling. Realizzato con una tecnica nota come epitassia a fascio molecolare (MBE), la lega cubica a corpo centrato ternario (bcc) presenta una densità di magnetizzazione di 3,25 magnetoni di Bohr per atomo, superando il massimo precedentemente considerato di 2,45.
"Quello che abbiamo è una potenziale svolta in uno dei parametri più importanti dei materiali magnetici, " disse Yves Idzerda, un autore del documento della Montana State University. "I grandi momenti magnetici sono come la forza dell'acciaio:più grande è, meglio è."
La curva di Slater-Pauling descrive la densità di magnetizzazione per le leghe. Per decenni, le leghe binarie ferro-cobalto (FeCo) hanno regnato sovrane, registrando un momento atomico medio massimo di 2,45 magnetoni di Bohr per atomo e definendo il limite di corrente per la densità di magnetizzazione della lega stabile. In precedenza, ricercatori hanno mescolato leghe FeCo con metalli di transizione ad alto momento magnetico, come il manganese. Quando queste leghe ternarie sono fatte, però, perdono gran parte della loro struttura bcc, una componente chiave del loro alto magnetismo.
Anziché, questa squadra si è rivolta a MBE, una tecnica meticolosa simile a drappeggiare un substrato con perline di singoli atomi di metallo, uno strato alla volta, per creare un film di 10-20 nanometri di Fe 9 Co 62 mn 29 . Circa il 60 percento delle composizioni disponibili ha mantenuto la struttura bcc come un film sottile, rispetto a solo il 25% alla rinfusa.
Per comprendere meglio la composizione e la struttura della lega, il gruppo ha utilizzato la spettroscopia di assorbimento dei raggi X e la diffrazione di elettroni ad alta energia a riflessione. I risultati del dicroismo circolare magnetico a raggi X hanno mostrato che il nuovo materiale ha prodotto un momento atomico medio di 3,25 magnetoni di Bohr per atomo. Quando testato con una magnetometria a campione vibrante più standard, anche se questa densità di magnetizzazione è diminuita, era ancora significativamente al di sopra del limite di Slater-Pauling:2,72.
Idzerda ha affermato che questa discrepanza fornirà aree di ricerca futura, aggiungendo che l'interfaccia tra il manganese e il substrato all'interno del cristallo potrebbe spiegare il divario.
"Ho custodito l'ottimismo per questo perché la tecnica che abbiamo usato è un po' fuori dagli standard e dobbiamo convincere la comunità delle prestazioni di questo materiale, " disse Idzerda.
Idzerda e il suo team ora studieranno la robustezza delle leghe ferro-cobalto-manganese, e tecniche di fabbricazione più efficienti. Hanno anche in programma di esplorare come l'epitassia del fascio molecolare potrebbe portare ad altri film sottili altamente magnetici, potenzialmente mescolando insieme quattro o più metalli di transizione.
